全范圍內中點電位平衡的三電平變換器調制策略

姜衛東, 王培俠,2, 王金平, 張學威, 翟 飛

(1. 合肥工業大學電氣與自動化工程學院, 安徽省合肥市 230009;2. 合肥工業大學(宣城校區)信息工程系, 安徽省宣城市 242000)

0 引言

隨著電力電子技術的發展,中點鉗位型三電平變換器(neutral point clamped three-level converter,NPC-TLC)得到了廣泛的關注[1-2]。由于NPC-TLC具有較低的器件電壓應力和較好的輸出諧波特性等優點,在低壓電機驅動、可再生能源、電能質量和高壓大功率等領域也得到了日益廣泛的應用[3-4]。然而,該拓撲存在一個關鍵技術問題,即對中點電位的控制。

NPC-TLC常用的控制中點電位的方法有基于載波的脈寬調制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)技術和空間矢量脈寬調制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技術。文獻[5-6]指出了CBPWM與SVPWM的內在聯系,可通過向CBPWM的調制波中注入特定的零序電壓實現SVPWM。

文獻[7-8]提出了幾種基于CBPWM的中點電位控制方法。然而,這些方法對負載的功率因數有很大的依賴性。文獻[9-10]中,針對SVPWM算法,提出了一系列的中點電位平衡方法,但其核心都是通過合理分配冗余矢量的作用時間,使中點電位在一定程度上達到平衡,但無法避免中矢量對中點電位的影響,導致在某些運行區域中點電位呈現出低頻振蕩。文獻[11-12]針對非連續脈寬調制(discontinue pulse width modulation,DPWM)算法提出了相應的中點電位平衡算法,但是仍然無法克服中點電位的低頻振蕩問題。因為CBPWM,SVPWM,DPWM算法本質的一致性,這3種算法應用于高調制度、低功率因數場合時,中點電位都會出現低頻振蕩。

為了克服CBPWM或SVPWM的缺點,文獻[13]提出一種虛擬空間矢量脈寬調制(virtual space vector pulse width modulation,VSVPWM)方法,該方法在NPC-TLC的中點電位控制上表現出了優異特性,可在全范圍內有效控制中點電位。……